Вычислительное устройство

(53 (56 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ 86274/24-24) Авторское свидетельство СССР Р 714925, кл. О 01 Б 19/10, 1980,Авторское свидетельство СССР уф 744655, кл, О 06 О 7/20, 1980.(54) ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано для функционального преобразования цифровых и аналоговых величин. Целью изобрете ния является расширение класса решаемых задач. Вычислительное устройств содержит два счетчика, генератор им пульсов, цифроуправляемый делитель частоты, делитель частоты, цифроаналоговый преобразователь, аналого вый блок сравнения, цифровой блок сравнения, переключатель режимов код-аналог, мультиплексор, регистр, переключатель входных аналоговых си налов и микропрограммный автомат. Алгоритм работы устройства определяется программой, заложенноч в мик ропрограммном автомате. Выбор программы работы определяется кодом программы на входе устройства, В зависимости от кода программы устЬ роиство может вычислять функциих=1 о 8 а, х=а, х=а, х=а Ь, х=а/Изобретение, относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для функционального преобразования цифровых ианалоговых величин.Цель изобретения - расширениекласса решаемых задач,На фиг. 1 изображена функциональная схема вычислительного устройства; на фиг. 2 и 3 - алгоритм работымикропрограммного автомата,Вычислительное устройство содержит первый 1 и второй 2 счетчики, генератор 3 импульсов, цифроуправляемый делитель 4 частоты, делитель 5частоты, цифроаналоговый преобразователь б, аналоговый блок 7 сравнения, цифровой блок 8 сравнения, пе-реключатель, 9 режимов код-аналог,мультиплексор 10, регистр 11, переключатель 12 входных аналоговых сигналов и микропрограммный автомат 13.Устройство работает следующим образом.Коэффициент передачи цифроуправляемого делителя 4 частоты задаетсякодом Б счетчика 2, Код и счетчика1, являясь Функцией времениопределяется выражением и= - Ы=Го огде- частота генератора 3.Код Б во времени меняется по линейному законуИ=И + - 1о- К(2) где Бо - начальный код счетчика 2;К - коэффициент передачи делителя 5 частоты.Знак "+" перед вторым членом в формуле (2) соответствует работе счетчика 2 в режиме сложения и знак- режиму вычитания,Дифференцируют (2) и решают его относительноЫ=ф - Ы Ж=+ - ЙБ.КК"0оУстройство обеспечивает вычисление логарифма х=1 па, произведенияЪх=а.Ъ, частного х= - и возведение в степень ха . Выполнение вычислеЬний обеспечивается вполне определенной последовательностью логическихО 5 20 сигналов на выходах микропрограммно. го автомата 13 управления.Алгоритм работы микропрограммного автомата 13 при цифровых входах аргументов приведен на фиг. 2, Входные сигналы блока 13 обозначены символом у, выходные - символом к. Индексы при у и к совпадают с цифровым обозначением соответствующего входа или выхода на Фиг. .Функциональное описание входных и выходных сигналов микропрограммного автомата 13 следующее.Установочный вход 14 задания программы работы устройства является 4-разрядной входной шиной и задает вид вычислительной операции - логарифм, умножение или деление, возведение в положительную или отрицательную степень в соответствии со следующими условиями: при ум =0001 выполняется функция х=1 п а ч =0010 х=а Ъ у =101011Ъ 4к=ва у=0100х=ао у =110014х=аЗапуск устройства осуществляется импульсом, поступающим на вход 15 микропрограммного автомата. Выс 25 30 По выходам 23, , 27 блок 13Формирует короткие импульсы (Л.) вмоменты, укаэанные в алгоритме. При ший управляющий сигнал у,ь определяет режим работы устройства: "0" -работа с цифровыми аргументами; "1" -работа с аналоговыми аргументами.35Входы 17 и 18 подключены соответственно к выходам счетчика 1 и блока 7 сравнения. уц =1(0) - содержимое счетчика равно (неравно) нулю;у, =1(0) - код счетчика 2 больше(меньше) кода регистра 11. Аналогично для выходных управляющих сигналов:з,о - пуск (останов) генератора 3;к, =0(1) - режим сложения (вычитания)счетчика 1; к =0(1) - режим сложения (вычитания) счетчика 2.Выход 29 является 2-разряднойдвоичной шиной и поступает на адресный вход мультиплексора 10. Двоичный код на этой шине принимает тризначения: 00, 01, 10. При этом кд =,=ОО - адрес входной шины Бт.е,на выход мультиплексора выдаетсякОД вхОДной шины 1 е0 1 адрессчетчика 1; к =10 - адрес счетчика 2.551259301 4режим вычитания счетчика 1, и по (41вновь запускается генератор.При выполнении Г 42) код счетчика2 увеличивается или уменьшается с5 кодовеличины в, а код счетчика 1уменьшается с величины и,. В моментобнуления счетчика 1 генератор 3 останавливается 431, при этом в зависимости от старшего разряда у, имеем соотношение и =К 1 и - илих, Ь(5) и =К 1 и а и. =К 1 их,(10) 3этом г (П.) - установка счетчика7 Зв исходное состояние; г (П.) - установка счетчика 2 в исходное состояние; г (л.) - стробирование счетчика 1, т.е. запись в него выходного кода мультиплексора 10; г ь(л.) стробирование счетчика 2; г,(л.) стробирование регистра 1.Кроме того, символом Я обозначена логическая переменная, являющаяся внутренней для блока 13 и используемая при выполнении операции возведения в степень.Запуск устройства осуществляется подачей импульса на вход у 29, 5 (фиг. 2), При работе с цифровыми входными величинами с выхода 28 блока 13 поступает потенциал "0", и устройство настраивается на сравнение кодов счетчика 2 и регистра 1 1301. 20 При этом обнуляются выходы г , г, микропрограммного автомата 13 1311. Счетчики 1 и 2 устанавливаются в исходное состояние 1321. Исходным состоянием счетчика 1 является 0, 25 т.е. 0000, а счетчика 2т.е, - 001, ООООСтробируется регистр 11 33, в который через мультиплексор 1 О записывается код первого цифрового аргумента на адресном входе мультиплексора. Код 00 запускает генератор 3 134) и счетчики 1 и 2 35 . В момент сравнения кода Б счетчика 2 с кодом 1 А регистра 11 вырабатывается сигнал остановки генератора 3 36, и в счетчике 1 согласно (4) эафиксируется код. Если у =000 371, т. е. если 40 задано вычислить 1 и а,то по адресной шине 22 устанавливается код 01 1381, код счетчика 1 через мультиплексор 10 выдается на цифровой выход устройства 11 и работа устройства закан чивается. 11. Если же задано вычислить произведение или частное у 4 =0010 или 1010, то по алгоритму приходят к 50 операторам 38, 39. По первому из них 38 стробируется счетчик 2 и с входа второго цифрового аргумента И ь 7 код заносится в счетчик 2, по второму 139) - устанавливается режим 55 сложения или вычитания (в зависимости от значения старшего разряда у ) счетчика 2. По 40 устанавливается и = -К 1 ихЪгде х;, - код счетчика 2 к моменту43, решив (6) и (7) относительнох с учетом 5), получаютК 1 и а=К 1 и - ; х,=аЬ; (8) К 1 и а=-К 1 и - ; х =д/а (8 а)Х 7По 44) код счетчика 2 выдается на выходную шину Мь . Поскольку Я=О, то через 48 выходят на окончание работы устройства.ГГГ. Для возведения в степень после 371 выходят на )461. Поскольку Я=О, далее следуют на 47) и на управляющем входе мультиплексора 10 устанавливается по шине 22 адрес счетчика 1, Выполнив 3336 как это описано в 1, вычисляюти =К 1 и и,=К 1 и 1 и а, (9) где и - код счетчика 1 в момент 1361 при Я=1.Вновь проходят через 371 и 46), но из-за Я=1 выходят на 38, 391.По аналогии с ГГ к моменту 43, Я=1 получают соотношения, аналогичные (6) и (7): и =-К 1 и -т ЬПодставив (9) в (10) и (11), полу- чают х=К.Ь 1 и а; (12)х =-Кд 1 и а (13)Теперь, поскольку вновь Я=1, проходят 4952, код х, счетчика2 записывает "О" в счетчик 1 50счетчик 2 устанавливается в исходноесостояние и режим сложения 51, 521.Затем вновь проходят 40. 43 .Теперь по аналогии с (6) и (10) имеютх, =К 1 их 7,. (4)где х - новое значение кода счетчика 2,1259301 5Решаем (14) с учетом (12), (13). К Ь 1 и а= К 1 п х,; К Ь 1 п а= -К 1 п х; ( 5)1 пх=Ь 1 па; х,=а (16)1 п х =-Ь 1 п а; х =а (17) 5Таким образом устройство обеспечивает вычисление логарифма, множительно-делительные операции и возведение в степень,Рассмотрим работу устройства при О аналоговых входных величинах (фиг.3).Для управления переключателем 12 используется младший разряд адресной шины 22. По выходу 28 блока 12 устанавливается потенциал "1" и блок 7 5 настраивается на сравнение аналоговых величин переключателя 1 и ЦАП 6 5 Я .Алгоритм приведен на фиг. 3. По запуску блока 13 531 счетчики 1 и 20 2 устанавливаются н исходные состояния Я и режимы сложения 156) . Переключатель 12 устанавливается в положение Бв, 57, запускается генератор 3 импульсов 1581. С ростом кода счетчика 2 растет выходной сигнал ЦАП 591 и при 1 о,двв =цвд, у 8 переходит из "0" н "1". Генератор 3 импульсов останавливается 1601. В счетчике 1 в этот момент имеется код 30 и ,п,=К 1 и 1 в, . (18)Если задано вычислить логарифм входной величины, т.е. у, =00,01 то код исчетчика 1 записывается З 5 н счетчик 2 621, и на выходную клеммуц поступает сигналвыд=К 1 п Бвд, (19)Так как по шине 22 установлен адрес счетчика 1,то код п являющий сяцифровым эквивалентом Б ; поступает на цифровой выход устройства Б ц, т.е, выходная величина представлена в двух видах. Если задано вычислить произведе 1 вд ние х=Ц , 1 вд или частное х= -2 вх я то после 60, 61 приходят к 63, 64, 651. Переключатель 12 переводится н положЕние Овд Г 631, и к входУ аналого 50 ного блокасравнения подключаетсяСчетчик 2 устанавливается н исходное состояние 641, режим счетчикаустанавливается в соответствии со старшим разрядом уд 65 . При55 этом в нем сохраняется код и,. Запускается генератор 3 661 и в момент 67цдп д - вдГенератор 3 останавливается 1681 в счетчике 1 зафиксируется код где знак "Ф определяется старшим разрядом уцСчетчик 2 вновь устанавливается в исходное состояние 691 счетчик 1 переводится в режим вычитания (70, при этом в нем сохраняется код и Запускается генератор 3 импульсов 171Код счетчика 1 уменьшается 121, и при обнулении его генератор 3 останавливается 70, В этот момент на аналоговом выходе устройства в зависимости от знания старшего разряда у,4 имеем;Пвьп иОв (ст. разряд у, =0); (21) 1 тБ =,в" (ст, РазРЯд У д =1). (22)"вхНа цифровой выход устройства при этом выдается код счетчика 2, являющийся цифровым эквивалентом Увы .Описанная последовательность выполнения вычислений не является единственной и может быть весьма разнообразна беэ изменения структуры устройства путем изменения внутренних связей блока 3 или изменением программы его работы, Очевидно также, что и объем вычислений не ограничивается приведенным. В частности, при выполнении 138, 441 или 165 70производится вычисление антилогарифма числа, занесенного в счетчик 1, Можно также выполнить множительно-делительные операции типааЬ асХ= и также х= -с ЙМожно одновременно использоватьодни входные величины в аналоговойформе, другие - в цифровой, Для этогодостаточно сделать изменяемым в процессе вычислений сигнал узо,Необходимую точность вычислений,особенно для цифровых величин, можнообеспечить уменьшением дискретностивоспроизведения логарифмическойфункции (4) за счет увеличения разрядности дробной части счетчика 2. Формула изобретения Вычислительное устройство, содержащее генератор импульсов, два счетчика, аналоговый блок сравнения цифровой блок сравнения, цифроаналоговый преобразователь, переключатель1259301 7входных аналоговых сигналов и микропрограммный автомат, причем выход сигнала нулевого состояния первого счетчика соединен с первым входом микропрограммного автомата, выход 5 второго счетчика соединен с цифровым входом цифроаналогового преобразователя и с первым входом цифрового блока сравнения, выход цифроаналогового преобразователя соединен с первым 30 входом аналогового блока сравнения, первый вход переключателя входных аналоговых сигналов соединен с входом задания первого аналогового аргумента устройства, входы началь ной установки первого и второго счетчиков соединены соответственно с первым и вторым выходами микропрограммного автомата, входы установки режимов сложение - вычитание 20 первого и второго счетчиков соединены соответственно с третьим и четвертыми выходами микропрограммного автомата, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения класса 25 решаемых задач, в него введены цифроуправляемый делитель частоты, делитель частоты, регистр, мультиплексор и переключатель режимов, причем выход генератора импульсов соеди- З 0 нен с информационными входами делителя частоты и цифроуправляемого делителя частоты, управляющий вход которого соединен с выходами второго счетчика, выходы цифроуправляемого делителя частоты и делителя частоты соединены соответственно со счетными входами первого и второго счетчиков, первый информационный вход мультиплексора соединен с выходом 40 второго счетчика, второй информационный вход мультиплексора соединен с входом задания первого цифро 8вого аргумента устройства, третий информационный вход мультиплексора соединен с выходом первого счетчика, выход мультиплексора соединен с информационным входом регистра, информационными входами первого и второго счетчиков, цифровым выходом устройства и входом второго цифрового аргумента устройства, управляющий вход мультиплексора соединен с пятым выходом микропрограммного автомата, младший разряд пятого выхода микропрограммного автомата соединен с управляющим входом переключателя входных аналоговых сигналов, второй вход .которого соединен с входом второго аналогового аргумента устроиства, а выход - с вторым входом аналогового блока сравнения, выход аналогового блока сравнения соединен с первым входом переключателя режимов, второй вход цифрового блока сравнения соединен с выходом регистра, выход цифрового блока сравнения соединен с вторым входом переключателя, управляющий вход которого соединен с шестым выходом микропрограммного автомата, седьмой, восьмой и девятый выходы которого соединены соответственно со стробирующими входами первого и второго счетчиков и регистра, выход цифроаналогового преобразователя соединен с аналоговым выходом устройства, вход задания программы работы устройства соединен с четвертым входом. микропрограммного автомата, пятый вход которого является входом пуска устройства, а десятый выход соединен с входом пуСка-оста- нова генератора импульсов, при этом вход задания режима код-аналог устройства соединен с шестым входом микропрограммного автомата.1 259301 Составитель Н. ФирсовЯцола Техред М. Ходанич Корректор Т,Кол оизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Редакто Заказ 5 24/48 Тираж 671 ВНИИПИ Государственногпо делам изобретени 13035, Москва, Ж, Ра Подписнокомитета СССРи открытийская наб., д. 4/5